CH712588B1 - Gas flow meter. - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) für das exakte Messen von Gasen mit mehreren Sensoren (5–10), deren Signale über einen Microcontroller (11) so ausgewertet werden, dass unabhängig von den Umweltbedingungen, die auch gemessen werden, eine hohe Messgenauigkeit gegeben ist.The invention relates to a device (1) for the exact measurement of gases with a plurality of sensors (5-10) whose signals are evaluated via a microcontroller (11) so that, regardless of the environmental conditions that are also measured, given a high accuracy is.
Description
Beschreibung [0001] Stationäre und portable Gasfluss- und Druckmessgeräte sind für die Kalibrierung, Produktion und Eichung von Geräten aller Art erforderlich. Die bis jetzt erhältlichen Geräte haben den Nachteil, dass die Gasfluss-Messungen von den Umweltbedingungen beeinflusst werden und dadurch Fehlkalibrierungen auftreten. Dies ist vor allem bei medizinischen Geräten wie Beatmungs- oder Anästhesiegeräten sehr problematisch. Da die Geräte weltweit eingesetzt werden, entstehen Fehlkalibrationen auch durch falsche Bedienung der Geräte.Description Stationary and portable gas flow and pressure gauges are required for the calibration, production and calibration of all types of equipment. The hitherto available devices have the disadvantage that the gas flow measurements are influenced by the environmental conditions and thus incorrect calibrations occur. This is very problematic especially in medical devices such as respiratory or anesthetic equipment. Since the devices are used worldwide, incorrect calibration also results from incorrect operation of the devices.
[0002] Es gab bis jetzt mehrere Bestrebungen für eine exakte Gasmessung. Es sind folgende Messprinzipien bekannt: Ultraschall [0003] Zwei kombinierte Ultraschall-Sender-Empfänger-Einheiten sind in einem Winkel zur Anströmrichtung angeordnet. Diese senden in regelmässigen Abständen einen Ultraschall-Impuls und warten auf das Empfangen des Impulses des anderen Senders. Durchqueren Ultraschallwellen in einem bekannten Medium eine definierte Strecke s, so benötigen sie dafür eine von ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit abhängige Zeit t. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle ist damit abhängig von der Laufzeit des Signals von einem Sender/Empfänger zum anderen.There have been several efforts for accurate gas measurement so far. The following measuring principles are known: Ultrasound [0003] Two combined ultrasonic transmitter-receiver units are arranged at an angle to the direction of flow. These send an ultrasound pulse at regular intervals and wait to receive the pulse from the other transmitter. If ultrasonic waves traverse a defined distance s in a known medium, they require a time t dependent on their propagation velocity. The propagation speed of a wave is thus dependent on the transit time of the signal from one transmitter / receiver to the other.
Volumenzähler mit Messflügeln [0004] Ein Flügelrad wird so in Umdrehung versetzt, dass seine Drehzahl proportional zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit ist.Flow meter with metering blades An impeller is rotated in such a way that its speed is proportional to the average flow rate.
Wirkdruckverfahren [0005] Das Medium durchströmt eine Düse oder Blende. Dabei wird der Querschnitt eingeengt, was die Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt. Um Wirbelbildung zu vermeiden, werden meist Venturidüsen verwendet. Der Massenfluss berechnet sich dann aus der Druckdifferenz über der Düse.Differential Pressure Method [0005] The medium flows through a nozzle or diaphragm. In this case, the cross section is narrowed, which accelerates the flow velocity. To avoid vortex formation, Venturi nozzles are usually used. The mass flow is then calculated from the pressure difference across the nozzle.
Laminarfluss-Elemente [0006] Die Laminarfluss-Elemente beruhen wie die Wirkdruckverfahren darauf, dass aus einer Druckdifferenz der Fluss berechnet werden kann. Im Gegensatz zu diesen ist jedoch der Fluss linear zum gemessenen Differenzdruck. In der Medizin sind die Laminarflusselemente als Pneumotachographen bekannt.Laminar flow elements Like the differential pressure methods, the laminar flow elements are based on the fact that the flow can be calculated from a pressure difference. Unlike these, however, the flow is linear to the measured differential pressure. In medicine, the laminar flow elements are known as pneumotachographs.
Hitzedraht-Anemometer [0007] Ein Draht oder eine Fläche wird auf eine Temperatur, die oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, aufgeheizt. Moleküle, die auf diese Fläche treffen und dann wieder weiterfliegen, nehmen dort kinetische Energie auf. Der Wärmeverlust der geheizten Fläche ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der geheizten Fläche und der Umgebung sowie zur Zahl der pro Zeiteinheit auftreffenden Moleküle.Hot Wire Anemometer [0007] A wire or surface is heated to a temperature above ambient temperature. Molecules that hit this surface and then fly on again absorb kinetic energy. The heat loss of the heated surface is proportional to the temperature difference between the heated surface and the environment as well as to the number of molecules hitting per unit time.
[0008] Alle diese bekannten Aufbauten sind an ihren Grenzen und die Exaktheit der Messung ist beschränkt. Gerade im medizinischen Bereich sollte jedoch die Genauigkeit weiter getrieben werden. Hier setzt die Aufgabe der Erfindung an. Es soll die Genauigkeit der Gasflussmessung verbessert werden.All of these known structures are at their limits and the accuracy of the measurement is limited. Especially in the medical field, however, the accuracy should be driven further. This is where the object of the invention. The aim is to improve the accuracy of the gas flow measurement.
[0009] Dabei sind die Messeigenschaften der einzelnen Verfahren unterschiedlich und in Abhängigkeit vom Anwendungsfall werden die einen oder anderen Messgeräte - gegebenenfalls optimiert - eingesetzt.The measurement properties of the individual methods are different and depending on the application, one or the other measuring devices - optionally optimized - used.
[0010] Gerade bei Spezialgeräten im Bereich der Medizin, wie z.B. Beatmungsgeräten, Narkosegeräten usw., kommen jedoch verschiedene Anwendungsfälle in einem Gerät vor, so dass bis anhin mit mehreren Messgeräten gemessen werden musste oder sich mit einem bestimmten Genauigkeitsgrad der Messung - z.B. für Eich- oder Kontrollzwecke - begnügt werden musste.Especially with special devices in the field of medicine, such. Ventilators, anesthesia equipment, etc., but there are various applications in a device, so that previously had to be measured with multiple meters or with a certain degree of accuracy of the measurement -. for calibration or control purposes - had to be satisfied.
[0011] Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur exakten Flussmessung von Gasen unabhängig den Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Feuchte, Gasart, Sauerstoffkonzentration und des Umgebungsdruckes. Dabei sollen möglichst wenig Kompromisse eingegangen werden und eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungsfällen hochgenau gemessen werden können. Weiter soll die Bedienung so einfach wie möglich sein, um Fehlmanipulationen zu vermeiden. Die Messung soll bei jedweden Umweltbedingungen möglichst mit gleichem Genauigkeitsgrad durchgeführt werden können.The invention thus relates to a device for the accurate flow measurement of gases regardless of the ambient conditions such as temperature, humidity, gas type, oxygen concentration and the ambient pressure. As little compromise as possible should be made and a variety of different applications can be measured with high accuracy. Furthermore, the operation should be as simple as possible to avoid mistreatment. The measurement should be able to be performed at any environmental conditions as possible with the same degree of accuracy.
[0012] Die Lösung dieser Aufgaben sind im portablen Messgerät der Anmelderin «FlowAnalyser» realisiert.The solution of these tasks are realized in the portable meter of the applicant "FlowAnalyser».
[0013] Das erfindungsgemässe Messgerät stellt dabei eine Vorrichtung (1) zur Messung von Gasen mit einem Gaskanal (3), mit einem Sieb (4) und mit mehreren unterschiedlichen Sensoren (5), (6), (7), (8), (9), (10) dar, wobei im Gaskanal (3), durch den der zu messende Gasstrom strömt, eine Mehrzahl von Sensoren (5-10) installiert sind, die sowohl feuchte als auch trockene Gase exakt messen können, wobei alle Sensoren mit einem Rechner verbunden sind, der die einzelnen Messwerte der einzelnen Sensoren untereinander vergleicht und ein Programm umfasst, mit dem aus den verschiedenenThe inventive measuring device thereby provides a device (1) for measuring gases with a gas channel (3), with a sieve (4) and with several different sensors (5), (6), (7), (8) , (9), (10), wherein in the gas channel (3) through which flows the gas stream to be measured, a plurality of sensors (5-10) are installed, which can accurately measure both humid and dry gases, all Sensors are connected to a computer, which compares the individual measured values of the individual sensors with each other and includes a program with which from the various
Messwerten ein konsolidierter Messwert für das tatsächlich durchfliessende Gas angegeben werden kann. Bestimmte Sensoren dienen dabei der Erfassung der Umweltbedingungen.Measured values can be given a consolidated reading for the actual gas flow. Certain sensors serve to record the environmental conditions.
[0014] In der erfindungsgemässen Vorrichtung werden dabei insbesondere die Berechnung des Gasflusses im Rechner, z.B. einem Microcontroller (11), die Umwelteinflüsse Feuchte, Absolutdruck, Temperatur und Sauerstoffkonzentration berücksichtigt, so dass die Messung bei allen Umweltbedingungen immer exakt stimmt.In the device according to the invention, in particular the calculation of the gas flow in the computer, e.g. a microcontroller (11), the environmental influences moisture, absolute pressure, temperature and oxygen concentration taken into account, so that the measurement is always accurate in all environmental conditions.
[0015] Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Gaskanal (3) als kompakter Block ausgebildet, in dem alle Sensoren direkt integriert sind. Die Verwendung von Schläuchen zwischen den Sensoren ist erfindungsgemäss vermieden.According to a particular embodiment of the invention, the gas channel (3) is designed as a compact block in which all sensors are integrated directly. The use of hoses between the sensors is avoided according to the invention.
[0016] Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Gaskanal (3) und das Sieb (4) so konstruiert, dass unabhängig von der Strömungsrichtung eine laminare Gasströmung resultiert und dass somit als Besonderheit eine bi-direktionale Gasmessung möglich ist. Solches ist z.B. bei Beatmungsgeräten von Vorteil, da damit sowohl das zum Patienten gelieferte Gasgemisch als auch das vorn Patienten zurückgelieferte Gasgemisch gemessen werden kann, was auf den Zustand des Patienten Rückschlüsse erlaubt.According to a particular embodiment of the invention, the gas channel (3) and the sieve (4) is constructed so that regardless of the flow direction results in a laminar gas flow and thus that as a special feature a bi-directional gas measurement is possible. Such is e.g. in ventilators advantageous because both the gas mixture delivered to the patient and the gas mixture returned from the patient can be measured, which allows conclusions about the condition of the patient.
[0017] Gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung ist auf der Frontplatte des Gerätes neben dem Gaskanal (3) eine DAK-Taste («DAK» bedeutet Direct Access Knob) für den direkten Zugriff auf Help und Messwerte angeordnet, die über den Rechner mit einem Display verbunden ist und an diesem Display das unverzügliche Darstellen von aktuellen Messwerten oder Help-Funktionen erlaubt.According to a further development of the invention is on the front panel of the device next to the gas channel (3) a DAK button ("DAK" means Direct Access Knob) for direct access to help and readings arranged over the computer with a display is connected and allows immediate display of current readings or help functions on this display.
[0018] Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Sensoren oder Sensortypen eingeschränkt. Vielmehr kann der Fachmann aus den bekannten Sensortypen z.B. gemäss Beschreibungseinleitung wählen.The invention is not limited to specific sensors or sensor types. Rather, the person skilled in the art from the known sensor types, e.g. as described in the introduction.
Figurenbeschreibung [0019]Description of Figures [0019]
Fig. 1 ein Blockschema einer Vorrichtung zur Gasflussmessung;1 is a block diagram of a device for gas flow measurement;
Fig. 2 eine Detailansicht des Gasblocks aus Fig. 1 in einem Messgerät gemäss der Fig. 4 mit zum Teil ausgeblendeten Elementen;FIG. 2 shows a detailed view of the gas block from FIG. 1 in a measuring device according to FIG. 4 with partly hidden elements; FIG.
Fig. 3 eine Detailansicht der Frontplatte des Messgerätes aus der Fig. 4 mit zum Teil ausgeblendeten Elementen; und3 shows a detailed view of the front plate of the measuring device from FIG. 4 with partly hidden elements; and
Fig. 4 ein Messgerät (FlowAnalyser), enthaltend eine erfindungsgemässe Vorrichtung.4 shows a measuring device (FlowAnalyser), containing a device according to the invention.
[0020] Die Fig. 1 zeigt die Vorrichtung zur Gasflussmessung. Der Gasfluss 2 strömt durch den Gaskanal 3 und durch das Sieb 4, das in der Mitte des Gaskanals 3 montiert ist. Das Sieb ist leicht auswechselbar und wie die anderen Bauteile nur symbolisch dargestellt. Der Gaskanal 3 ist so ausgebildet, dass eine laminare Strömung des durchströmenden Gases resultiert. In dem Gaskanal befinden sich eine Vielzahl von Sensoren 5-10 mit unterschiedlichen Messaufgaben und/oder unterschiedlichen Messbereichen. Ein nicht im Detail dargestellter Microcontroller 11 verarbeitet die unterschiedlichen Messwerte, um für den jeweiligen Anwendungsfall unter den jeweiligen Umgebungsbedingungen einen möglichst exakten Durchflussmesswert bestimmen zu können.Fig. 1 shows the device for gas flow measurement. The gas flow 2 flows through the gas channel 3 and through the screen 4, which is mounted in the center of the gas channel 3. The sieve is easily interchangeable and like the other components only symbolically represented. The gas channel 3 is designed so that a laminar flow of the gas flowing through results. In the gas channel there are a plurality of sensors 5-10 with different measuring tasks and / or different measuring ranges. A microcontroller 11, not shown in detail, processes the different measured values in order to be able to determine the most accurate flow measurement value possible for the particular application under the respective ambient conditions.
[0021] Die Sensorwerte der Sensoren 5-10 werden somit durch den bevorzugt als Modul vorgesehene Microcontroller 11 eingelesen und in einen exakten Gasfluss umgerechnet.The sensor values of the sensors 5-10 are thus read by the preferably provided as a module microcontroller 11 and converted into an exact gas flow.
[0022] Fig. 4 zeigt einen bevorzugten Gesamtaufbau der erfindungsgemässen Vorrichtung.Fig. 4 shows a preferred overall structure of the inventive device.
Bezugszeichenliste (zusammen mit der Zeichnung Bestandteil der Offenbarung): [0023] 1 Vorrichtung Gasflussmessung 2 Gasfluss 3 Gaskanal 4 Sieb 5 Differenzdruck-Sensor 6 Absolutdruck-Sensor 7 Relativdruck-Sensor 8 Sauerstoff-SensorList of Reference Signs (together with the drawing part of the disclosure): Device gas flow measurement 2 gas flow 3 gas channel 4 sieve 5 differential pressure sensor 6 absolute pressure sensor 7 relative pressure sensor 8 oxygen sensor
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